Constantine
New Member
Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay tự động hoá đã trở thành một vấn đề thiết yếu trong ngành công nghiệp. Để thiết kế được các mô hình tự động hoá trong nhà máy công nghiệp thì người thiết kế cần nắm được các kiến thức về Lý thuyết điều khiển tự động - bộ môn cơ bản của ngành tự động hoá. Một trong các kỹ năng mà người học cần có sau khi học xong bộ môn này là nhận dạng và ổn định các mô hình.
Trong đồ án này em sẽ nêu ra cách nhận dạng đối tượng, xác định hàm truyền đạt của đối tượng từ đáp ứng đầu ra cho trước và từ đó xác định đối tượng có ổn định hay không rồi từ đó thiết kế các bộ điều khiển P, PI, PID để nâng cao chất lượng đầu ra của hệ thống.
Trong quá trình thực hiện đồ án này em đã nhận được rất nhiều sự khuyến khích và góp ý từ các bạn cũng như các thầy cô, đặc biệt là cô Phạm Thị Hương Sen - Giáo viên khoa Công nghệ tự động trường Đại học Điện lực. Do trình độ nhận thức và thời gian có hạn nên trong bài viết không thể tránh khỏi có các lỗi sai sót. Em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về các lỗi đó và hy vọng các bạn và thầy cô góp ý sửa chữa để đồ án được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn.
ĐỒ ÁN LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
MỤC LỤC
Trang
Lời nói đầu 1
Mục lục 2
Để bài 4
I. Xác định hàm truyền đạt từ đường đặc tính cho trước 5
1. Hàm truyền đạt và đặc tính động học 5
1.1. Định nghĩa hàm truyền đạt 5
1.2. Đặc tính động học của hệ thống 5
1.2.1. Đặc tính thời gian 6
1.2.2. Đặc tính tần số 6
2. Cách xác định hàm truyền đạt 7
3. Ứng dụng 9
II. Khảo sát tính ổn định của hệ thống 11
1. Khái niệm tính ổn định của hệ thống 11
1.1. Định nghĩa 11
1.2. Ổn định của hệ tuyến tính 11
2. Tiêu chuẩn ổn định đại số 13
2.1. Điều kiện cần 13
2.2 Tiêu chuẩn ổn định Routh 13
2.3. Tiêu chuẩn ổn định Hurwitz 13
3. Tiêu chuẩn ổn định tần số 14
3.1. Nguyên lý góc quay 14
3.2. Tiêu chuẩn ổn định Mikhailov 15
3.3. Tiêu chuẩn ổn định Nyquist 15
3.4. Tiêu chuẩn ổn định Bode 15
4. Phương pháp quỹ đạo nghiệm số 16
5. Điểm cực ( Pole ) và điểm không ( Zero ) 18
6. Ứng dụng
III. Thiết kế hệ thống PID 20
1. Các quy luật điều chỉnh chuẩn và bộ điều khiển PID 20
1.1. Quy luật tỉ lệ P 20
1.2. Quy luật tỉ lệ tích phân PI 20
1.3. Quy luật điều chỉnh tỉ lệ vi tích phân PID 20
1.4. Bộ điều khiển PID 21
2. Thiết kế hệ thống PID 22
2.1. Phương pháp giải tích 22
2.2. Phương pháp Zeigler-Nichols 22
2.3. Sử dụng Matlab để thiết kế 23
IV. Tổng kết 30
Tài liệu tham khảo 31
Đề bài:
Cho 1 đối tượng chưa biết mô hình toán học. Bằng thực nghiệm người ta dùng tác động ở đầu vào là hàm 5.1(t) và đo tín hiệu đầu ra thu được đường đặc tính y(t) như sau:
Yêu cầu:
1. Xác định hàm truyền đạt của đối tượng trên từ đường đặc tính thu được?
2. Từ hàm truyền xác định được dùng Matlab vẽ lại đường quá độ và so sánh. Nhận
xét về tính ổn định của đối tượng. Tìm các điểm cực và điểm không?
3. Tổng hợp bộ điều khiển P, PI, PID để hệ có chất lượng điều khiển tốt nhất.
I. XÁC ĐỊNH HÀM TRUYỀN ĐẠT
TỪ ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CHO TRƯỚC
1.HÀM TRUYỀN ĐẠT VÀ ĐẶC TÍNH ĐỘNG HỌC
1.1. Định nghĩa hàm truyền đạt
Cho một hệ thống như hình vẽ :
Quan hệ của tín hiệu vào và tín hiệu ra của hệ thống tuyến tính có thể được mô tả bằng phương trình vi phân hệ số hằng :
trong đó : ai ( ), bj ( ) là các thông số của hệ thống; a0 ≠ 0, b0 ≠ 0
n là bậc của hệ thống
Giả sử điều kiện đầu bằng 0, biến đổi Laplace 2 vế ta được :
Đặt :
G(s) gọi là hàm truyền đạt của hệ thống
Định nghĩa : Hàm truyền đạt của hệ thống là tỷ số giữa biến đổi Laplace của tín hiệu ra và biến đổi Laplace của tín hiệu vào khi điều kiện đầu bằng 0.
* Phép biến đổi Laplace :
Cho f(t) là hàm xác định với mọi t ≥ 0, biến đổi Laplace của f(t) là :
F(s) = L { f(t) } =
Trong đó : s là biến phức ( biến Laplace ),
L là toán tử biến đổi Laplace
F(s) là ảnh của f(t) qua phép biến đổi Laplace
1.2. Đặc tính động học của hệ thống
Đặc tính động học của hệ thống mô tă sự thay đổi tín hiệu ở đầu ra của hệ thống theo thời gian khi có tác động ở đầu vào.
Để khảo sát tính động của hệ thống thì tín hiệu vào thường được chọn là tín hiệu cơ bản như hàm xung đơn vị, hàm nấc đơn vị hay hàm điều hoà. Tuỳ theo dạng của tín hiệu vào thử mà đặc tính động học thu được là đặc tính thời gian hay đặc tính tần số.
1.2.1. Đặc tính thời gian
Đặc tính thời gian của hệ thống mô tả sự thay đổi tín hiệu ở đầu ra của hệ thống khi tín hiệu vào là hàm xung đơn vị hay hàm nấc đơn vị.
Đáp ứng xung là đáp ứng của hệ thống khi tín hiệu vào là hàm xung đơn vị ( hay còn gọi là hàm trọng lượng g(t) của hệ thống ).
c(t) = L -1 {C(s)} = L -1 {G(s)} = g(t) ( Do R(s)=1 )
Đáp ứng nấc là đáp ứng của hệ thống khi tín hiệu vào là hàm nấc đơn vị ( hay còn goi là hàm quá độ h(t) của hệ thống ).
c(t) = L -1 {C(s)} = L -1 { } = = h(t) ( Do R(s) = )
1.2.2. Đặc tính tần số
Đặc tính tần số của hệ thống tuyến tính liên tục mô tả quan hệ giữa tín hiệu ra và tín hiệu vào của hệ thống ở trạng thái xác lập khi thay đổi tần số của tín hiệu dao động điều hoà tác động ở đầu vào của hệ thống.
Như vậy đặc tính tần số của hệ thống là tỉ số giữa tín hiệu ra ở trạng thái xác lập và tín hiệu vào hình sin.
Đặc tính tần số =
Để biểu diễn đặc tính tần số một cách trực quan, ta có thể dùng đồ thị. Có hai dạng đồ thị thường được sử dụng là biểu đồ Bode và biểu đồ Nyquist.
2. CÁCH XÁC ĐỊNH HÀM TRUYỀN ĐẠT
Trên cơ sở hàm quá độ của đối tượng ta có thể xác định gần đúng hàm truyền đạt của nó. Đối tượng ta cần xác định có tính tự cân bằng. dạng tổng quát hàm truyền đạt của đối tượng có tính tự cân bằng được mô tả:
W¬d(p) = Kd.W1(p).e-τp
Trong đó: K- hệ số truyền của đối tượng
τ- thời gian trễ
W1(p)- hàm truyền đạt của thành phần tĩnh
Đối tượng gồm 2 khâu mắc nối tiếp nhau là: khâu có trễ có hàm truyền đạt e-τp và khâu tĩnh có hàm truyền đạt Kd.W1(p). giá trị τ được gọi là trễ vận chuyển.
Khâu tĩnh ta có thể lấy gần đúng là khâu quán tính bậc hai.
Xác định hàm truyền đạt của đối tượng
Tín hiệu tác động đầu vào là hàm 5.1(t)
Tín hiệu đầu ra có đường đặc tính như sau:
Hình 1: đường đặc tính của hàm W¬d(p)
Từ đồ thị trên ta xác định được Kd và τ
Bỏ qua khâu trễ ta có tín hiệu ra y1¬(t) của hàm
Ta xác định T1và T2 của hàm truyền . Với tín hiệu vào là hàm 5.1(t) thì
Đồ thị hàm y1¬(t) có dạng
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay tự động hoá đã trở thành một vấn đề thiết yếu trong ngành công nghiệp. Để thiết kế được các mô hình tự động hoá trong nhà máy công nghiệp thì người thiết kế cần nắm được các kiến thức về Lý thuyết điều khiển tự động - bộ môn cơ bản của ngành tự động hoá. Một trong các kỹ năng mà người học cần có sau khi học xong bộ môn này là nhận dạng và ổn định các mô hình.
Trong đồ án này em sẽ nêu ra cách nhận dạng đối tượng, xác định hàm truyền đạt của đối tượng từ đáp ứng đầu ra cho trước và từ đó xác định đối tượng có ổn định hay không rồi từ đó thiết kế các bộ điều khiển P, PI, PID để nâng cao chất lượng đầu ra của hệ thống.
Trong quá trình thực hiện đồ án này em đã nhận được rất nhiều sự khuyến khích và góp ý từ các bạn cũng như các thầy cô, đặc biệt là cô Phạm Thị Hương Sen - Giáo viên khoa Công nghệ tự động trường Đại học Điện lực. Do trình độ nhận thức và thời gian có hạn nên trong bài viết không thể tránh khỏi có các lỗi sai sót. Em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về các lỗi đó và hy vọng các bạn và thầy cô góp ý sửa chữa để đồ án được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn.
ĐỒ ÁN LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
MỤC LỤC
Trang
Lời nói đầu 1
Mục lục 2
Để bài 4
I. Xác định hàm truyền đạt từ đường đặc tính cho trước 5
1. Hàm truyền đạt và đặc tính động học 5
1.1. Định nghĩa hàm truyền đạt 5
1.2. Đặc tính động học của hệ thống 5
1.2.1. Đặc tính thời gian 6
1.2.2. Đặc tính tần số 6
2. Cách xác định hàm truyền đạt 7
3. Ứng dụng 9
II. Khảo sát tính ổn định của hệ thống 11
1. Khái niệm tính ổn định của hệ thống 11
1.1. Định nghĩa 11
1.2. Ổn định của hệ tuyến tính 11
2. Tiêu chuẩn ổn định đại số 13
2.1. Điều kiện cần 13
2.2 Tiêu chuẩn ổn định Routh 13
2.3. Tiêu chuẩn ổn định Hurwitz 13
3. Tiêu chuẩn ổn định tần số 14
3.1. Nguyên lý góc quay 14
3.2. Tiêu chuẩn ổn định Mikhailov 15
3.3. Tiêu chuẩn ổn định Nyquist 15
3.4. Tiêu chuẩn ổn định Bode 15
4. Phương pháp quỹ đạo nghiệm số 16
5. Điểm cực ( Pole ) và điểm không ( Zero ) 18
6. Ứng dụng
III. Thiết kế hệ thống PID 20
1. Các quy luật điều chỉnh chuẩn và bộ điều khiển PID 20
1.1. Quy luật tỉ lệ P 20
1.2. Quy luật tỉ lệ tích phân PI 20
1.3. Quy luật điều chỉnh tỉ lệ vi tích phân PID 20
1.4. Bộ điều khiển PID 21
2. Thiết kế hệ thống PID 22
2.1. Phương pháp giải tích 22
2.2. Phương pháp Zeigler-Nichols 22
2.3. Sử dụng Matlab để thiết kế 23
IV. Tổng kết 30
Tài liệu tham khảo 31
Đề bài:
Cho 1 đối tượng chưa biết mô hình toán học. Bằng thực nghiệm người ta dùng tác động ở đầu vào là hàm 5.1(t) và đo tín hiệu đầu ra thu được đường đặc tính y(t) như sau:
Yêu cầu:
1. Xác định hàm truyền đạt của đối tượng trên từ đường đặc tính thu được?
2. Từ hàm truyền xác định được dùng Matlab vẽ lại đường quá độ và so sánh. Nhận
xét về tính ổn định của đối tượng. Tìm các điểm cực và điểm không?
3. Tổng hợp bộ điều khiển P, PI, PID để hệ có chất lượng điều khiển tốt nhất.
I. XÁC ĐỊNH HÀM TRUYỀN ĐẠT
TỪ ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CHO TRƯỚC
1.HÀM TRUYỀN ĐẠT VÀ ĐẶC TÍNH ĐỘNG HỌC
1.1. Định nghĩa hàm truyền đạt
Cho một hệ thống như hình vẽ :
Quan hệ của tín hiệu vào và tín hiệu ra của hệ thống tuyến tính có thể được mô tả bằng phương trình vi phân hệ số hằng :
trong đó : ai ( ), bj ( ) là các thông số của hệ thống; a0 ≠ 0, b0 ≠ 0
n là bậc của hệ thống
Giả sử điều kiện đầu bằng 0, biến đổi Laplace 2 vế ta được :
Đặt :
G(s) gọi là hàm truyền đạt của hệ thống
Định nghĩa : Hàm truyền đạt của hệ thống là tỷ số giữa biến đổi Laplace của tín hiệu ra và biến đổi Laplace của tín hiệu vào khi điều kiện đầu bằng 0.
* Phép biến đổi Laplace :
Cho f(t) là hàm xác định với mọi t ≥ 0, biến đổi Laplace của f(t) là :
F(s) = L { f(t) } =
Trong đó : s là biến phức ( biến Laplace ),
L là toán tử biến đổi Laplace
F(s) là ảnh của f(t) qua phép biến đổi Laplace
1.2. Đặc tính động học của hệ thống
Đặc tính động học của hệ thống mô tă sự thay đổi tín hiệu ở đầu ra của hệ thống theo thời gian khi có tác động ở đầu vào.
Để khảo sát tính động của hệ thống thì tín hiệu vào thường được chọn là tín hiệu cơ bản như hàm xung đơn vị, hàm nấc đơn vị hay hàm điều hoà. Tuỳ theo dạng của tín hiệu vào thử mà đặc tính động học thu được là đặc tính thời gian hay đặc tính tần số.
1.2.1. Đặc tính thời gian
Đặc tính thời gian của hệ thống mô tả sự thay đổi tín hiệu ở đầu ra của hệ thống khi tín hiệu vào là hàm xung đơn vị hay hàm nấc đơn vị.
Đáp ứng xung là đáp ứng của hệ thống khi tín hiệu vào là hàm xung đơn vị ( hay còn gọi là hàm trọng lượng g(t) của hệ thống ).
c(t) = L -1 {C(s)} = L -1 {G(s)} = g(t) ( Do R(s)=1 )
Đáp ứng nấc là đáp ứng của hệ thống khi tín hiệu vào là hàm nấc đơn vị ( hay còn goi là hàm quá độ h(t) của hệ thống ).
c(t) = L -1 {C(s)} = L -1 { } = = h(t) ( Do R(s) = )
1.2.2. Đặc tính tần số
Đặc tính tần số của hệ thống tuyến tính liên tục mô tả quan hệ giữa tín hiệu ra và tín hiệu vào của hệ thống ở trạng thái xác lập khi thay đổi tần số của tín hiệu dao động điều hoà tác động ở đầu vào của hệ thống.
Như vậy đặc tính tần số của hệ thống là tỉ số giữa tín hiệu ra ở trạng thái xác lập và tín hiệu vào hình sin.
Đặc tính tần số =
Để biểu diễn đặc tính tần số một cách trực quan, ta có thể dùng đồ thị. Có hai dạng đồ thị thường được sử dụng là biểu đồ Bode và biểu đồ Nyquist.
2. CÁCH XÁC ĐỊNH HÀM TRUYỀN ĐẠT
Trên cơ sở hàm quá độ của đối tượng ta có thể xác định gần đúng hàm truyền đạt của nó. Đối tượng ta cần xác định có tính tự cân bằng. dạng tổng quát hàm truyền đạt của đối tượng có tính tự cân bằng được mô tả:
W¬d(p) = Kd.W1(p).e-τp
Trong đó: K- hệ số truyền của đối tượng
τ- thời gian trễ
W1(p)- hàm truyền đạt của thành phần tĩnh
Đối tượng gồm 2 khâu mắc nối tiếp nhau là: khâu có trễ có hàm truyền đạt e-τp và khâu tĩnh có hàm truyền đạt Kd.W1(p). giá trị τ được gọi là trễ vận chuyển.
Khâu tĩnh ta có thể lấy gần đúng là khâu quán tính bậc hai.
Xác định hàm truyền đạt của đối tượng
Tín hiệu tác động đầu vào là hàm 5.1(t)
Tín hiệu đầu ra có đường đặc tính như sau:
Hình 1: đường đặc tính của hàm W¬d(p)
Từ đồ thị trên ta xác định được Kd và τ
Bỏ qua khâu trễ ta có tín hiệu ra y1¬(t) của hàm
Ta xác định T1và T2 của hàm truyền . Với tín hiệu vào là hàm 5.1(t) thì
Đồ thị hàm y1¬(t) có dạng
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links
Last edited by a moderator: